Die Kirche Agia Sophia ist der Sophia (=Weisheit) Jesu geweiht.
Auf einem fast quadratischen Grundriss ist die Agia Sophia bautechnisch eine Übergangsform von Kuppelbasilika zur Kreuzform mit Kuppel. Die Agia Sophia ist eine dreischiffige Basilika. Die Kirche befindet sich in Thessaloniki am "Agia Sophia Platz" etwa zweihundert Meter östlich der Haupteinkaufsstraße "Tsimiski" und etwa hundert Meter westlich von der "Egantia".
Die Agia Sophia ist neben der des Heiligen Dimitrios eine der Hauptkirchen in Thessaloniki. Die Entstehungsgeschichte der Agia Sophia liegt im Dunkeln. Es wird vermutet, dass die Kirche im Lauf des 7. Jahrhunderts erbaut worden ist.
Die Agia Sophia weist einige Ähnlichkeiten mit der Hagia Sophia in Istanbul auf. Es ist vermutet worden, dass die beiden Kirchen zeitgleich unter Justinianus entstanden sind. Spätere Grabungen haben jedoch belegt, dass die Agia Sophia auf einer älteren wesentlich größeren Basilika errichtet worden ist.
Die erste urkundliche Erwähnung der Agia Sophia hat am 25. März 797 stattgefunden. Der Heilige Theodorus der Stouditis schreibt in einem Brief nach Konstantinopel, dass er in der Agia Sophia gebetet hat.
Nach dem Erdbeben, welches Thessaloniki 1037 erschüttert hat, ist die Agia Sophia umgebaut worden. Zwischen dem 13. und dem 16. Jahrhundert ist die Agia Sophia als orthodoxe Kathedrale genutzt worden.
Im Jahr 1204 wird Thessaloniki von den Kreuzrittern überfallen, die das Königreich Thessaloniki ausrufen. Die Agia Sophia wird bis zum Jahr 1224 als katholischer Bischofssitz genutzt. Nach der Vertreibung der Kreuzritter wird die Agia Sophia wieder orthodoxer Bischofssitz, was sie auch bis zur Umgestaltung in eine Moschee im Jahr 1524, mit dem Namen "Hagia Sophia Tsami", bleibt.
Bei einem Brand Thessalonikis im Jahr 1890 wird das Minarett der Mosche zerstört. Nach dem Anschluss Thessalonikis an Griechenland 1912 wird die Agia Sophia wieder als christliche Kirche genutzt.
Kulturhistorisch besonders relevant ist das Mosaik in der Kuppel der Agia Sophia, welches die Himmelfahrt Christi zeigt, und das Mosaik der Mutter Gottes in der Apsiskuppel.